Föreställ dig själv som en astronaut som utför vetenskapliga experiment och publik-fantastiska aerobatics. Mission Control-radioapparater som all rymdstationspersonal ska evakuera till räddningsfordonna eftersom en bit dödligt rymdskräp är på väg.
Detta scenario är inte science fiction. I juni 2011, Space Magazine rapporterade att "sex besättningsmedlemmar ombord på den internationella rymdstationen fick höra att ta skydd i ... två ryska Soyuz-rymdskepp." När fler satelliter når slutet av deras operativa liv kommer det att finnas fler rymdskräp i rymden och på marken, utan tvekan med mindre trevliga resultat. Vårt unga rymdfartssamhälle har varit lyckligt hittills: ISS har kunnat undvika rymdskräp och fallande, okontrollerade satelliter har tack och lov fallit in i haven. Men en dag kommer lyckan att ta slut.
Det finns dock hopp. Ett nytt papper med titeln Ta bort orbital skräp med lasrar publicerad på arXiv föreslår att man använder ett högeffektivt pulserat lasersystem från jorden för att skapa plasmastråle på bitar av rymdskräp, vilket bromsar dem något, vilket får dem att komma in igen och brinna upp i atmosfären eller falla i havet.
Claude Phipps och hans team från ett högteknologiföretag med namnet Photonic Associates beskrev sin metod, kallad Laser Orbital Debris Removal (LODR) som använder 15-årig laserteknologi som nu är lättillgänglig.
Teamet erkände att "trettiofem år med dålig hushållning i rymden har skapat flera hundra tusen bitar av rymd som är större än en cm i ... low Earth orbit (LEO) bandet." Dessa kan inte verka som stora föremål, men med dynamitternas energitäthet kan till och med ett stort färgchip orsaka stora skador.
Att ta bort skräp är en brådskande uppgift eftersom mängden skräp som för närvarande är i rymden utgör "kollisionskörning", med föremål som kolliderar med varandra, vilket skapar ännu fler bitar av skräp.
Det finns andra lösningar förutom att skapa en plasma-jet, men de tenderar att vara både mindre effektiva och dyrare. En laser kan användas för att slipa ner ett föremål i damm, men det skulle skapa en okontrollerbar smält spray, vilket gör problemet värre.
Det kan vara effektivt att ta tag i föremålet eller ansluta ett de-bana kit. Tyvärr kräver de mycket bränsle på grund av behovet av att accelerera för att fånga objektet, vilket leder till mer en dyrare lösning - cirka 27 miljoner dollar per objekt. Slutligen finns det kärnkraftsalternativet att släppa en gas, dimma eller airgel för att bromsa föremål, men detta skulle påverka både operationella och icke-operativa rymdfarkoster.
I sitt papper säger Phipps och hans team att det är den bästa lösningen att ta bort rymdskräp genom att skapa en plasma-stråle på några sekunder med en laser, och det kostar bara 1 miljon dollar per stort föremål bort och några tusen för små föremål. Vidare kan mindre föremål släppas ut i en enda bana och en konstellation av "167 olika objekt kan hanteras (träffas med en laser) på en dag, vilket ger 4,9 år att återinträda" atmosfären.
Alla 167 föremål måste noggrant spåras för att inte förändra sina undergångsvägar till det värre; emellertid är det möjligt att använda systemet för att justera banor i rymdskräp. Med det sagt är nuvarande nivåer av spårning av rymdskräp inte tillräckliga för att implementera LODR, men det finns en dubbel fördel med enklare borttagning och bättre undvikande med förbättrad spårning av skräp. Bättre spårning möjliggör då bättre kontroll av återinföringspunkten och omloppsändring med LODR, om det behövs.
Hur kan en ljustryck från en laser modifiera en bana? Medan lasern inte spränger avfallet ur luften, är det fortfarande effektivt på grund av banans mekanik.
Föreställ dig en cubesat som måste kasseras i en låg höjd, perfekt cirkulär bana. Kranen från en högdriven laser och den genererade plasmastrålen skulle skjuta ut kuberna, längre bort från jorden (högre i höjd) och in i en mer elliptisk bana.
Detta kan tyckas vara en hemsk idé under den tid som cubesat tillbringar i högre höjd, men när det kommer halvcirkel klämmer det atmosfären på en lägre höjd, eftersom ellipsen är snett på grund av justeringar av lasern. Eftersom en låg höjd motsvarar mer drag drar kuben ner och låses fast i en lägre bana. Det är därför starkt elliptiska banor kallas överföringsbanor eftersom de byter körfält på rymdvägen. Nu när överföringsbanan är klar bromsas cubesat tillräckligt så att dess bana inte längre kan uppnås av cubesat. Cubesatten faller sedan ut ur himlen.
Köttet från forskningen för LODR handlar om atmosfären eftersom lasern kan bli ofokuserad om den atmosfäriska turbulensen inte tas upp. LODR är komplicerat eftersom turbulensen i atmosfären orsakar snedvridningar som de du ser ovanför en väg på en varm sommardag eller som de du ser när du tittar genom en glasflaska. Denna komplikation är utöver det inriktade framåt som behövs för att träffa ett mål, precis som det inriktade framåt som behövs för att träffa en löpande spelare i dodgeball.
Det finns två sätt att avbryta turbulens. Först kan man lysa en laser på en känd plats i atmosfären, spännande natriumatomerna på den platsen. Genom att känna till höjden på denna punkt på himlen kan systemet sedan böja den reflekterande spegeln för att få punkten i fokus ögonblick för ögonblick. Den kan sedan skjuta fritt.
Ett andra sätt involverar användning av en Phase Conjugate (PC) spegel, annars känd som en retroflector, som automatiskt kan ångra turbulens genom att skicka ljus vem fasvariationen har vänt. Det vill säga att det kommer att skicka tillbaka en "motsatt förvrängd" laserstråle vars förvrängning inte görs av atmosfären och skapar en skarp laserstråle.
LODR är inte en silverkula. Trådbundet rapporterar att "den viktigaste kritiken mot ett sådant projekt skulle komma från det internationella samfundet, som kan vara rädd att en tillräckligt kraftfull laser skulle kunna användas för militära ändamål som att slå fiendens satelliter." Trådbundet sedan genomförde en intervju med Kessler; NASAs tidigare seniorforskare för Orbital Debris Research som sa, på grund av den politiska politiken, ”alla laserförslag är döda vid ankomsten.” Phipps hävdar dock att Trådbundetatt "Om vi får rätt internationellt samarbete, skulle ingen tro att lasern är ett vapen i fårkläder."
Det finns fortfarande oadresserade problem, som Kessler påpekar, att slå fel del av ett rymdobjekt skulle ha katastrofala resultat. "Du kan träffa fel del av en satellit eller förångas tillräckligt för att få den att explodera." Trots detta kan noggrann undersökning av föremålet undvika fara.
